Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña, la Universidad de Barcelona y dos universidades en Australia han introducido una nueva forma de catalizar reacciones químicas aplicando campos eléctricos a las moléculas. El avance, además de resolver un antiguo enigma químico, podría revolucionar la forma de producir compuestos destinados a la industria y la vida cotidiana.
"La teoría sugería que muchas reacciones químicas –y no solo reacciones redox (de reducción-oxidación) como a menudo se cree– podrían ser catalizadas mediante la aplicación de un campo eléctrico", comenta Ismael Díez-Pérez, investigador del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor en la Universidad de Barcelona (UB), "pero ahora hemos proporcionado por primera vez una evidencia experimental de este suceso".
Por primera vez se ha acelerado una reacción no redox, controlando la orientación de las moléculas respecto a un campo eléctrico
El estudio, en el que han participado científicos del IBEC, la UB y dos universidades en Australia, se ha publicado en la revista Nature. El trabajo plantea una nueva forma de acelerar o catalizar las reacciones químicas mediante la aplicación de un campo eléctrico entre las moléculas reaccionantes.
En concreto, la reacción estudiada fue una clásica, la de Diels-Alder (una de las más importantes en química orgánica para formar anillos de seis eslabones). Se llevó a cabo entre dos nanoelectrodos conteniendo las moléculas reactivas y bajo un campo eléctrico orientado en dos direcciones.
Poder catalizar reacciones químicas es esencial, ya que de este modo se acelera la reacción, y por lo tanto, hace que sean más prolíficas y económicas en sus múltiples aplicaciones. La catálisis electrostática (usando campos eléctricos) es la forma menos desarrollada de la catálisis en química sintética, debido a que los efectos electrostáticos pueden ser fuertemente direccionales.
Ayuda de la microscopía de efecto túnel
Los investigadores en España y Australia resolvieron este problema mediante el uso de técnicas innovadoras basadas en microscopía de efecto túnel (STM). “Nuestro microscopio STM modificado nos permite la captura directa de moléculas individuales que reaccionan", dice Albert C. Aragonès, estudiante de doctorado en el IBEC y la UB y el primer autor del estudio. “Mediante el control de la orientación de las moléculas en relación con el campo eléctrico, hemos acelerado una reacción no-redox por primera vez”, añade Ismael.
"El uso de campos eléctricos externos como 'catalizador' implica que se puede lograr la síntesis de moléculas que de otro modo no podrían llevarse a cabo de manera rentable en el laboratorio o en grandes instalaciones industriales", agrega Nadim Darwish, investigador Marie-Curie en el IBEC y en la UB. "Esto abre las puertas hacia la nueva tecnología química".
Los autores adelantan que este trabajo puede ayudar a plantear una nueva forma de fabricar los compuestos químicos típicamente utilizados en la producción de medicamentos y materiales industriales, de una manera más rápida y económica que con las técnicas actuales.
Para hablar de este artículo sería necesario mencionar que estamos ante un hecho histórico,aunque parezca mentira.Digo un hecho histórico porque la primera catálisis mediante un campo eléctrico nos abre un mundo de posibilidades tanto en la industria como en la propia relación de las reacciones químicas con el campo de la física.Este campo lo lleva la llamada físico-química que se encarga de relacionar las dos ramas de esta ciencia que a veces es más común de lo que parece.
Este acercamiento de las dos materias es fantástico,ya que a través de esta correlación podemos entender mucho mejor los dos campos por separado.
Y lo que es más importante es que no solo se han escrito las teorías de que este hecho fuera posible,sino que se han llevado a cabo. Consiguiendo dar un paso al frente en el proceso de invención,desde la idea hasta la realización.
Sin embargo el motivo por el que escogimos esta noticia fue porque muestra que el campo eléctrico puede ser utilizado en muchos ámbitos.Aunque más importante es incluso que no solo podemos utilizarlo de forma teórica,como manera experimental para contrastar la teoría sino de forma práctica para reducir tiempo y costes en la catálisis de reacciones.
Esta manera tan práctica y concisa de utilizar los conocimientos teóricos y abstractos en nuestro propio beneficio es complicada de ver.En especial en temas como el campo eléctrico y magnético en los que el campo teórico es tan extenso que aún nos queda mucho por descubrir.
Para hablar de este artículo sería necesario mencionar que estamos ante un hecho histórico,aunque parezca mentira.Digo un hecho histórico porque la primera catálisis mediante un campo eléctrico nos abre un mundo de posibilidades tanto en la industria como en la propia relación de las reacciones químicas con el campo de la física.Este campo lo lleva la llamada físico-química que se encarga de relacionar las dos ramas de esta ciencia que a veces es más común de lo que parece.
Este acercamiento de las dos materias es fantástico,ya que a través de esta correlación podemos entender mucho mejor los dos campos por separado.
Y lo que es más importante es que no solo se han escrito las teorías de que este hecho fuera posible,sino que se han llevado a cabo. Consiguiendo dar un paso al frente en el proceso de invención,desde la idea hasta la realización.
Sin embargo el motivo por el que escogimos esta noticia fue porque muestra que el campo eléctrico puede ser utilizado en muchos ámbitos.Aunque más importante es incluso que no solo podemos utilizarlo de forma teórica,como manera experimental para contrastar la teoría sino de forma práctica para reducir tiempo y costes en la catálisis de reacciones.
Esta manera tan práctica y concisa de utilizar los conocimientos teóricos y abstractos en nuestro propio beneficio es complicada de ver.En especial en temas como el campo eléctrico y magnético en los que el campo teórico es tan extenso que aún nos queda mucho por descubrir.
Albert C. Aragonès, Naomi L. Haworth, Nadim Darwish, Simone Ciampi, Nathaniel J. Bloomfield, Gordon G. Wallace, Ismael Diez-Perez, Michelle L. Coote. "Electrostatic catalysis of a Diels–Alder reaction". Nature, 531: 88–91, 3 de marzo de 2016.